ShaderLab学习小结（十四）点光源问题

Posted 2020-10-23

之前在“ShaderLab学习小结（三）漫反射+高光+点光源”中
用了Shade4PointLights()函数来计算点光源的反射。
这个函数定义在unitycg.cginc中，其中用到的前八个参数来自于UnityShaderVariables.cginc。
在这个例子中，只一个pass就实现了平等光、点光源反射，以及高光反射。

后来在学习中，接触到另一种点光源反射的例子，用到两个pass，第一个pass实现平行光的，第二个实现点光源的

Shader "Custom/TestLightColor0" {

    SubShader {
        pass{
        tags{"LightMode"="ForwardBase"}
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "unitycg.cginc"
            #include "lighting.cginc"
            struct v2f{
                float4 pos:POSITION;
                float3 normal:NORMAL;
                float3 wpos:TEXCOORD0;
            };
            v2f vert(appdata_base v)
            {
                v2f o;
                o.pos=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
                o.normal=UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                o.wpos=mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
                return o;
            }
            fixed4 frag(v2f IN):COLOR
            {
                float3 N = IN.normal;
                float3 L = normalize(_WorldSpaceLightPos0).xyz;
                float ndotl=saturate(dot(N,L));
                fixed4 col=_LightColor0*ndotl;
                col+=UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT;
                return col;
            }
            ENDCG
        }
        pass{
            tags{"LightMode"="ForwardAdd"}
            blend one one
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "unitycg.cginc"
            #include "lighting.cginc"
            struct v2f{
                float4 pos:POSITION;
                float3 normal:NORMAL;
                float3 wpos:TEXCOORD0;
            };
            v2f vert(appdata_tan v)
            {
                v2f o;
                o.pos=mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);
                o.normal=UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                o.wpos=mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
                return o;
            }
            fixed4 frag(v2f IN):COLOR
            {
                float3 N = IN.normal;
                float3 L = normalize(_WorldSpaceLightPos0).xyz;
                float ndotl=saturate(dot(N,L));
                float atten=1;
                if(_WorldSpaceLightPos0.w!=0)
                {
                    atten = 1.0/length(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
                }

                fixed4 col=_LightColor0*ndotl*atten;
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

两个pass几乎一样，叫pass1和pass2吧。pass1是forwardbase，pass2是forwardadd，pass2还要用上blend one one，不然pass1的光照就没了,因为pass1中加了环境光LIGHT_MODEL_AMBIENT，pass2中就不用再加了。
共同点，都用的是_LightColor0。之前学习时，认为_LightColor0就是指的平行光，所以点光源要用Shade4PointLights，但现在看来并不是。在网上搜索的结果之一：
LightMode=ForwardBase： _LightColor0将会是主要的directional light的颜色。
LightMode=ForwardAdd： _LightColor0将是该逐像素光源的颜色。
也就是说在lightmode为forwardadd的pass里，_LightColor0代表不同的光源
pass2中多定义了一个衰减系数atten，且进行判断赋值

float atten=1;
if(_WorldSpaceLightPos0.w!=0)
{
    atten = 1.0/length(_WorldSpaceLightPos0.xyz);
}

点光源和平行光不同，与物体距离不同反射的强度也不同，所以这个颜色要乘一个衰减系数。

fixed4 col=_LightColor0*ndotl*atten;

当然这个只是简单写的一个衰减系数
这个衰减系数的计算算是抄来的吧，稍做修改
原出处用的是

atten = 1.0/length(IN.LightDir);

显然这个LightDir是在结构体中要定义，float3型

float3 LightDir:TEXCOORD1;

代表光的方向，且在顶点程序中要转化到切线空间
即

v2f vert(appdata_tan v)
{
    ...
    TANGENT_SPACE_ROTATION;
    o.LightDir=mul(rotation, ObjSpaceLightDir(v.vertex));
    ...
}

也就是计算衰减系数时，length()函数中的参数，我为了更加简化，直接用了_WorldSpaceLightPos0.xyz，就省去了上面那一堆。

最后结果如下两图，点光源为黄色


把两个球体放在同一个位置，分别单独显示
上边的是两个通道出来的，下边的是一个通道Shade4PointLights出来的
两个球体都反射了平行光和点光源，看上去两个的漫反射的效果是基本一样
下面的球体暗部边缘处更黑一些
注：本例只做漫反射